(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転駆動が可能で加圧された液体を第１液体導入通路から供給可能な回転駆動手段兼加圧液体供給手段に着脱自在に取付けられるものであって前記第１液体導入通路と連絡する第２液体導入通路を内部に形成した工具ホルダと、前記工具ホルダに連結固定されるものであって前記第２液体導入通路に連絡する第３液体導入通路とその第３液体導入通路に連絡する空間とを内部に形成したアングルヘッドと、前記空間内に備えられるものであって前記第１液体導入通路から前記空間内へ導入される加圧液体で駆動される液圧駆動手段と、前記アングルヘッドに回転自在に保持されるものであって前記液圧駆動手段によって回転させられるバイトホルダと、前記アングルヘッドの外部に位置し前記バイトホルダの先端に取付けられる切削バイトとを有し、前記工具ホルダが、一部に円筒状の外壁を有する本体と、前記円筒状の外壁に装着されかつ前記回転駆動手段兼加圧液体供給手段に保持されるものであって断面内壁の中心位置と断面外壁の中心位置とが異なる位置となる断面形状をした筒状形状のテーパコーンとを有することを特徴とする切削加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの表面にへこみ球面を形成するための切削加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ワークの表面にへこみ球面を形成する装置として、切削工具を回転させながら、切削工具をＸ軸，Ｙ軸、Ｚ軸方向に移動させる切削加工装置が知られている（特許文献１）。切削工具をＸ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向に移動させるものでは、３方向のそれぞれの制御を行わなければならないため、切削加工装置の構造が複雑になって高価なものとなっていた。
【０００３】
へこみ球面を形成するためのその他の切削加工装置として、切削バイトを回転させると共にその切削バイトを保持するバイトホルダを旋回回転させるものが考えられている。その切削加工装置を図４に基づいて説明する。その切削加工装置は、支柱５０と、その支柱５０に対して上下方向に移動可能で水平方向に伸びる支持部材５２を備えている。支持部材５２に第１電動式駆動手段としてのモータ５４が取付けられ、そのモータ５４の回転軸５６の先端には第１傘歯車５８が固定されている。支持部材５２には更に、第２電動式駆動手段としての旋回用モータ６０が取付けられ、その旋回用モータ６０によって回転させられるハウジング６２が回転自在に保持されている。ハウジング６２は、内部にモータ５４の回転軸５６や第１傘歯車５８を内蔵するための空間６４を有する。ハウジング６２の空間６４内には更に、第１傘歯車５８と噛み合う状態の第２傘歯車６６が備えられ、その第２傘歯車６６の回転軸がバイトホルダ６８となっている。バイトホルダ６８はハウジング６２に回転自在に保持されており、バイトホルダ６８の先端はハウジング６２の空間６４から外部に突出している。ハウジング６２は、モータ５４の回転軸５６の軸中心Ｐ−Ｐと同じ軸中心を中心に旋回可能に支持部材５２に保持されているが、モータ５４の回転軸５６の回転とは独立して中心線Ｐ−Ｐを中心に旋回する。バイトホルダ６８の回転中心軸Ｑ−Ｑはハウジング６２の中心線Ｐ−Ｐに対して傾斜した状態(例えば、Ｐ−ＰとＱ−Ｑとのなす角度は４５度)に設定される。
【０００４】
第２駆動手段である旋回用モータ６０のモータ軸７０には歯車７２が固定され、その歯車７２と噛み合う歯車７４が支持部材５２に保持され、その歯車７４と噛み合う歯車７６はハウジング６２に固定されている。旋回用モータ６０が駆動すると、その回転力が歯車７２，歯車７４，歯車７６を経由してハウジング６２に伝達され、ハウジング６２（バイトホルダ６８を保持する）を中心線Ｐ−Ｐを中心に支持部材５２に保持された状態で旋回回転させる。
【０００５】
ハウジング６２の空間６４から外部に突出しているバイトホルダ６８の先端には、切削バイト８０が備えられている。図５に示すように、ワーク８２にへこみ球面８４の最深箇所を形成する場合に、バイトホルダ６８が回転した際の切削バイト８０の切刃の一方の移動位置が、ハウジング６２の回転中心線Ｐ−Ｐの延長線上と一致するよう設定する。
【０００６】
図４に示す装置を用いて、ワーク８２にへこみ球面８４を形成する場合には、モータ５４と旋回用モータ６０との２つの駆動手段を同時に駆動させる。モータ５４の駆動によって、バイトホルダ６８は中心線Ｑ−Ｑを中心に回転し、切削バイト８０は中心線Ｑ−Ｑを中心に回転する。更に、旋回用モータ６０の駆動によって、ハウジング６２は、モータ５４の回転軸５６の軸中心と同じ中心線Ｐ−Ｐを中心に旋回回転する。この結果、切削バイト８０を保持するバイトホルダ６８も中心線Ｐ−Ｐを中心に旋回回転する。これによって、切削バイト８０は、中心線Ｑ−Ｑを中心に回転すると共に中心線Ｐ−Ｐを中心に旋回回転するので、切削バイト８０によってワーク８２にへこみ球面８４（最大半球面までの任意の球面）を形成することができる。
【０００７】
図４に示した切削加工装置では、モータ５４と旋回用モータ６０との２個の駆動装置を駆動させることと、支持部材５２を適宜上下方向に移動させることによって、ワーク８２にへこみ球面８４を作ることができるので、切削工具をＸ軸，Ｙ軸、Ｚ軸の３軸方向への移動を制御する切削加工装置と比べて、制御を簡素化することができる。
【０００８】
ワークの表面にへこみ球面を形成するその他の方法として、ワークを回転させる方法が考えられる。この方法を図６に基づいて説明する。図４の装置ではバイトホルダ６８を旋回させたが、図６の方法では、バイトホルダ６８を旋回させない代わりに、ワーク８２を回転させるものである。ワーク８２を旋回テーブル８６で保持して、作動機構（図示せず）によって旋回テーブル８６を回転中心軸Ｒ−Ｒを中心に回転させて、ワーク８２を回転させる。旋回テーブル８６によってワーク８２を回転させると共に、バイトホルダ６８を中心線Ｑ−Ｑを中心に回転させることによって、ワーク８２の表面にへこみ球面８４を作る。
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−９０４８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
バイトホルダ６８を旋回回転させる切削加工装置(図４）の場合には、モータ５４と旋回用モータ６０との２個の駆動手段を備えており、モータ５４と旋回用モータ６０との２個の駆動手段の回転中心軸を共通位置としている。このため、ハウジング６２の内部にモータ５４の回転軸５６を回転自在に収容しなければならず、しかも、モータ５４の回転軸５６に対してハウジング６２を独立して旋回させる複雑な機構や特殊な構造が必要となっていた。図４に示す切削加工装置では更に、ハウジング６２（バイトホルダ６８）の旋回中心Ｐ−Ｐと切削バイト８０のワーク８２への接点とが一致していないと正しい半球面が形成できないが、この位置調整を行なう機構がないため、位置調整が非常に困難であり、結果として加工精度が低下してしまうという欠点があった。
【００１１】
一方、旋回テーブル８６によってワーク８２を回転させる方法(図６）においては、ワーク８２の回転軸中心線Ｒ−Ｒと切削バイト８０の回転軸の中心線Ｑ−Ｑを合わせるために、旋回テーブル８６を回転させる作動機構の中心位置を、Ｘ方向やＹ方向に移動させる機構を備えなければならず、機構が複雑になって製造コストが高くなるという欠点があった。更に、作動機構の各機構間に熱変位を生じ、例えば正しい半球精度を維持するのは困難であるという欠点があった。
【００１２】
本発明は、１個の電動式回転駆動手段を使用して球面を加工することのできる安価な切削加工装置を提供することを目的とする。本発明の他の目的は、高精度な半球面を加工することのできる切削加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係わる切削加工装置は、回転駆動が可能で加圧された液体を第１液体導入通路から供給可能な回転駆動手段兼加圧液体供給手段に着脱自在に取付けられるものであって前記第１液体導入通路と連絡する第２液体導入通路を内部に形成した工具ホルダと、前記工具ホルダに連結固定されるものであって前記第２液体導入通路に連絡する第３液体導入通路とその第３液体導入通路に連絡する空間とを内部に形成したアングルヘッドと、前記空間内に備えられるものであって前記第１液体導入通路から前記空間内へ導入される加圧液体で駆動される液圧駆動手段と、前記アングルヘッドに回転自在に保持されるものであって前記液圧駆動手段によって回転させられるバイトホルダと、前記アングルヘッドの外部に位置し前記バイトホルダの先端に取付けられる切削バイトとを有し、前記工具ホルダが、一部に円筒状の外壁を有する本体と、前記円筒状の外壁に装着されかつ前記回転駆動手段兼加圧液体供給手段に保持されるものであって断面内壁の中心位置と断面外壁の中心位置とが異なる位置となる断面形状をした筒状形状のテーパコーンとを有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の切削加工装置によれば、切削バイトを取付けたバイトホルダの回転をクーラント等の液体によって行わせ、バイトホルダの旋回回転を回転駆動手段兼加圧液体供給手段（例えばスピンドル）によって行わせ、ワークの表面にへこみ球面を加工するものである。即ち、本発明では、クーラント等の液体を駆動源として液圧駆動手段（例えば液圧モータ）を駆動させ、その液圧駆動手段によってバイトホルダを回転させるので、バイトホルダ回転用の電動式回転駆動手段（電動モータ）が不要となる。この結果、バイトホルダの旋回回転用に１個の回転駆動手段（スピンドル）を用いるだけで済み、従来のような２個の電動モータやそれに伴う複雑な構造を備える必要が無くなり、安価な切削加工装置を提供することができる。本発明では更に、バイトホルダの軸中心の位置を回転駆動手段（スピンドル）の軸中心に対して微小に調整することができるので、バイトホルダの旋回中心と切削バイトのワークへの接点とのずれを容易に微調整することができる。これにより、任意の位置に高精度な球面加工を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に本発明を図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る切削加工装置の一実施例を示す断面図、図２は図１の切削加工装置に備えられる工具ホルダのＡ−Ａ線断面図である。本発明に係る切削加工装置は主に、回転駆動が可能な回転駆動手段であってクーラント等の加圧液体を供給することができる加圧液体供給手段であるスピンドル（回転駆動手段兼加圧液体供給手段）１０と、そのスピンドル１０に着脱自在に取付けられる工具ホルダ１２と、その工具ホルダ１２に固定されるアングルヘッド１４と、アングルヘッド１４内に備えられる液圧駆動手段としての液圧モータ１６と、液圧モータ１６によって回転させられるバイトホルダ１８と、そのバイトホルダ１８の先端に取付けられるものであってアングルヘッド１４の外部に位置する切削バイト２０と、を備えるものである。スピンドル１０には、クーラント等の液体(例えばオイル)を供給する第１液体導入通路２２が設けられている。
【００１６】
工具ホルダ１２は、特開２００４−２０９６１７に示したものと同一構成のものを使用する。工具ホルダ１２は主に、一部に円筒状の外壁２４を形成した本体２６と、本体２６の円筒状の外壁２４の周囲に取付けられるための筒状のテーパコーン２８と、本体２６に回転可能に保持されるプルスタッド３０と、そのプルスタッド３０とテーパコーン２８の上端との間に備えられる中間部材３２と、テーパコーン２８の下端と本体２６との間に備えられてテーパコーン２８を図１で上方に付勢する弾性部材３４とを有する。工具ホルダ１２には、スピンドル１０の第１液体導入通路２２と連絡するものであって上下に貫通する第２液体導入通路３６が形成されている。
【００１７】
テーパコーン２８は、内壁が円筒状で外壁が軸方向にテーパ形状をしているものであり、かつ、図２に示すように、テーパコーン２８はその断面の環状の厚み（幅）が厚い箇所から薄い箇所まで、円周方向でその厚みを徐々に変化させるものである。即ち、テーパコーン２８は、本体２６のテーパ円筒状の外壁２４の外側に取付けた状態では、その内壁３８の中心位置Ｏ２とその外壁４０の中心位置Ｏ１とが異なる位置となる断面形状となっている。スピンドル１０はテーパコーン２８の外壁４０を保持するものであり、スピンドル１０の回転中心軸Ｒ−Ｒと外壁４０の中心位置Ｏ１とは一致する。ここで、本体２６に対するテーパコーン２８の取り付け位置を変える（本体２６に対するテーパコーン２８の取り付け角度を変える）ことで、スピンドル１０の回転中心軸Ｏ１（テーパコーン２８の外壁４０の中心）と、本体２６の中心軸Ｏ２との間隔を微小に変化させることができる。テーパコーン２８には、図３に示すように、円筒の上下にわたる斜めのすり割４２が形成されている。このすり割４２により、テーパコーン２８は直径方向に弾性変形できるように設定されている。このすり割４２内には弾性体が充填される。
【００１８】
工具ホルダ１２の本体２６に、アングルヘッド１４を着脱自在に連結固定する。アングルヘッド１４は、内部に液圧駆動手段としての液圧モータ１６を収容する空間４３を有している。アングルヘッド１４の内部には、一端を工具ホルダ１２の第２液体導入通路３６と連絡し、他端を液圧モータ１６を収容する空間４３と連絡する第３液体導入通路４６が形成されている。液圧駆動手段としての液圧モータ１６の例としては、一対の噛み合う歯車４８ａ，４８ｂから成るものがあり、第３液体導入通路４６から空間４３内に導入されるクーラント等の液体の液圧によって一対の噛み合う歯車４８ａ，４８ｂを回転させるものである。なお、液圧モータ１６を駆動させたクーラント等の液体は、その後、切削バイト１８の冷却液として使用される。
【００１９】
液圧モータ１６の一方の歯車４８ａにはバイトホルダ１８の一端が固定されており、そのバイトホルダ１８はアングルヘッド１４に回転自在に保持されている。このバイトホルダ１８の回転中心軸をＳ−Ｓとする。バイトホルダ１８の他端はアングルヘッド１４より外部に突出しており、そのバイトホルダ１８の他端に切削バイト２０が取付けられている。
【００２０】
次に、本発明の切削加工装置による球面の加工について説明する。先ず、工具ホルダ１２にアングルヘッド１４を固定し、その後、アングルヘッド１４を固定した工具ホルダ１２をスピンドル１０に取付ける。加工の際に必要に応じて、工具ホルダ１２の本体２６に対するテーパコーン２８の取付け位相角度を調整する。テーパコーン２８を本体２６に対して角度位相を変えることにより、工具ホルダ１２の中心軸Ｏ２の位置とスピンドル１０の回転中心軸Ｏ１の位置との位相角度（図２参照）が調整され、図１におけるワーク８２のへこみ球面８４に対するＳ−Ｓの位置を紙面に対して垂直方向に微小に調整することができる。このとき、図１において左右方向にも刃先ポイントは微小にずれるため、球面でない部分ができてしまう。これを避けるため、半球面の中心部に適当な直径のヌスミ穴４４と、半球面のくぼみのふちの面取り４５を設けるのが望ましい。
【００２１】
ワーク８２にへこみ球面加工を行う場合には、スピンドル１０を回転させると共に、スピンドル１０の第１液体導入通路２２からアングルヘッド１４の空間４３内の液圧モータ１６に向けて加圧液体を供給する。加圧液体の供給手段の構成は既知であるので、その説明を省略する。スピンドル１０の第１液体導入通路２２から、工具ホルダ１２の第２液体導入通路３６とアングルヘッド１４の第３液体導入通路４６を経て、アングルヘッド１４の空間４３内に加圧液体を導入することで、その加圧液体で液圧モータ１６を駆動させてバイトホルダ１８を回転させる。これによって、バイトホルダ１８の先端に取り付けられた切削バイト２０が回転して、ワーク８２を切削加工する。
【００２２】
バイトホルダ１８の回転と同時に、スピンドル１０の回転によってアングルヘッド１４は旋回回転を行う。アングルヘッド１４の旋回回転によって、アングルヘッド１４に保持されたバイトホルダ１８は、スピンドル１０の回転中心軸Ｏ１を中心に旋回回転を行う。バイトホルダ１８が回転して切削バイト２０によるワーク８２の切削と、バイトホルダ１８が旋回回転して切削バイト２０によるワーク８２の切削によって、ワーク８２に球面８４（半球面を含む）を加工することができる。
【００２３】
以上のように本発明の切削加工装置によれば、回転駆動手段をバイトホルダ１８（アングルヘッド１４）を旋回回転させるための１個とだけとし、切削バイト２０の回転手段をクーラント等の液体で駆動する液圧モータ１６とすることで、従来の３次元の制御を行うものや、２個の電動モータを使用するものと比べて、簡単な構造とすることができ、製造コストを大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係るへこみ球面用切削加工装置の一実施例を示す断面図である。
【図２】図１の切削加工装置に備えられる工具ホルダのＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図２の工具ホルダに取付けられるテーパコーンの正面図である。
【図４】従来のへこみ球面用切削加工装置を示す断面図である。
【図５】図４の従来のへこみ球面用切削加工装置でワークを加工する説明図である。
【図６】従来の他のへこみ球面切削方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  スピンドル
１２  工具ホルダ
１４  アングルヘッド
１６  液圧モータ
１８  バイトホルダ
２０  切削バイト
２２  第１液体導入通路
２６  本体
２８  テーパコーン
３６  第２液体導入通路
４３  空間
４６  第３液体導入通路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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